客运专线隧道施工技术方法及国内外典型施工实例

客运专线隧道施工技术1国外高速铁路和国内客运专线隧道概况1.1国外高速铁路隧道概况据统计，国外已经投入运营的高速铁路总长度超过6237km，已建成的高速铁路隧道大约有1149.2km(不含意大利的隧道)，其中日本698.6km，法国59.7km，德国185.7km，西班牙15.8km，韩国189.4km，具体情况见表1。表1国外已建成高速铁路隧道情况国家线别线路长度/kmm隧道长度/kmm隧线比/%建成时间日本东海道新干线515.56913.51964年100月山阳新干线553.728150.71972年/11975年东北新干线496.5112241982年6月月上越新干线269.5106391982年111月北陆新干线117.460511997年100月东北盛冈-八户户段96.670.6732002年122月小计2049.1698.634.1法国大西洋线28220.87.41989年北方线33310.73.21993年巴黎地区联络线线1289.67.51994年东南延伸线1486.34.31992年/11994年地中海线25012.75.22001年小计111160.15.0德国汉诺威-维尔茨茨堡327121371991年6月月曼海姆-斯图加加特9931311991年6月月科隆-法兰克福2194721.32002年8月月小计64519930.8西班牙马德里-塞维利利亚47115.83.41992年4月月韩国汉城-釜山412189.4462004年1.2国内客运专线隧道规划情况2004年初，国务院批复了《中长期铁路网规划》，到2020年我国铁路营业里程将达到10万km，其中规划了“北京-沈阳-哈尔滨、北京-上海、北京-广州-深圳、杭州-宁波-深圳四条纵向和青岛-石家庄-太原、徐州-郑州-兰州、南京-武汉-重庆-成都、杭州-南昌-长沙四条横向”铁路快速客运通道以及京津、宁沪杭、广深珠3个城际快速客运系统，届时建设客运专线1.2万km以上，客车速度目标值达到200km/h及以上。可见今后十几年时间，我国的路网规模和质量都将上一个新的台阶。根据我国中长期路网规划，近十几年内将修建1200km的客运专线隧道工程，相当于国外已通车运营的高速铁路隧道的总长度，其中截止到2004年底国家已批复即将开工的客运专线隧道长度有663km，如表2所示。表2截止到2004年底国家已批复客运专线隧道情况线别线路长度/kmm隧道数量/座隧道长度/kmm隧线比/%设计速度/kmm/h武汉-广州87423216418.77350郑州-西安485387715.88350石家庄-太原190277338.58250宁波-温州274588932.48250温州-福州2987216354.8250福州-厦门263313314250合肥-武汉356376418250合计274049566324.2根据我国的国情和路网现状，尤其是现在我国货运供需矛盾特别突出的实际情况，以上客运专线有些近期为客货共线铁路，远期发展为客运专线铁路。如宁波-温州、温州-福州、福州-厦门和合肥-武汉线，近期为客货共线，并且满足双层集装箱通行条件的线路；石家庄-太原客运专线近期为客货共线铁路，客车速度目标直近期为200km/h，预留250km/h以上的条件。有些为一次建成客运专线铁路，如武汉-广州和郑州-西安客运专线，线下工程设计速度目标值为350km/h。2客运专线的主要技术特点客运专线铁路以其运行速度高、线路要求平直、安全舒适、节约时间等特点，比其他交通工具有更多的优越性。客运专线的隧道工程具有占地少、环境污染小、结构安全可靠、拆迁量和对城市干扰小等优点，从技术上有以下几个主要特点。2.1空气动力学效应列车在高速运行的条件下，对隧道结构的要求主要是空气动力学特性方面的。高速列车通过隧道时会产生一系列的空气动力学效应，如压力波动、出口处微气压波、洞内行车阻力增大等，这些均是列车速度目标值比较高的客运专线隧道的显著特点。当高速列车进入隧道时，强烈冲击处于隧道中的静止空气场，压力脉冲作为纵向运动的波，以声速通过隧道，并在隧道的另一端发生反射，由正压变为负压。同样以声速沿列车运行相反的方向向回运动，遇到列车后，空气阻力在大气压力(100kPa)附近发生波动，使旅客的耳朵发生明显不适。隧道的微气压波是列车突入隧道时形成的压缩波，在隧道内传播到达出口时向外放射脉冲状的压力波，其发生的实态如图1所示。微气压波的发生实态和大小与许多因素有关，其中主要有：列车速度、列车横断面积、列车长度、列车头部形状、隧道横断面积、隧道长度、隧道内道床的类型等。从测试结果看，在短隧道中，微气压波最大值与列车速度ν的3次方成正比例，与微气压波距隧道出口中心的距离r成反比。考虑到隧道洞口地形的影响，可近似用下式求出：(1)式中：K是考虑地形影响的系数。根据东海道的短隧道的测试结果：ν＝210km/h、r＝20m、p＝40Pa得下式：(2)式中：p——微气压波最大值（10Pa）；r——微气压波距隧道出口中心的距离（m）；ν——列车入洞速度（km/h）。在比较长的隧道中，微气压波最大值与壁面状态有很大关系。例如板式道床的大野（5.4km）、备后（8.9km）两隧道的微气压波最大值，在列车速度为200km/h，测点距离为20m时，是100Pa~150Pa。而同样条件的南乡山隧道（5.2km），因是碎石道床，微气压波最大值仅是10Pa,比短隧道的35Pa还小。图1隧道微气压波的发生图1隧道微气压波的发生高速列车运行引起的问题有：(1)由于瞬变压力造成旅客及乘务人员耳膜不适，舒适度降低，对人员和车辆产生危害；(2)高速列车进入隧道时，会在隧道出口产生微气压波，发出轰鸣声，使附近房屋门窗嗄啦嗄啦作响，引起扰民问题，如果隧道断面内净空较小，洞口处没有缓冲结构时，还会发生强烈的爆破声：(3)行车阻力增大，使运营能耗增大，并要求机车动力增大：(4)形成空气动力学噪声(与车速的6—8次方成正比)；(5)列车风加剧，影响隧道维修养护人员的在洞内通车情况下作业；(6)列车克服阻力所作的功转化为热量，在洞内积聚引起温度升高等。因此，在客运专线铁路设计时，应从车辆及隧道两方面采取措施，以减缓空气动力学效应。2.2可靠性和结构耐久性要求高所谓可靠性，是指结构在规定的时间内，在正常规定的条件下，完成预定功能的能力，包括安全性、适用性和耐久性。当以概率来度量时，成为结构的可靠度。所谓结构耐久性，是指结构及其部件在可能引起材料性能劣化的各种作用下能够长期维持其应有性能的能力。客运专线隧道由于其运营速度比较高，对结构和各种运营设施所产生的作用影响也就越大，对相应工程结构的可靠性和耐久性的要求也就越高。例如，客运专线隧道内对衬砌混凝土的裂缝要求就特别严格，因为客运专线隧道内空气压力在不断的变化，特别是洞内会车情况下，压力的波动对结构的表层稳定是不利的。欧洲及日本的研究成果表明：同样的一条裂纹，对普速铁路隧道来说在外荷载停止发展后，将不再继续变化，而客运专线隧道就不同了，即使外荷载停止了发展，但在频繁变化的洞内空气压力波的作用下，裂缝还将继续发展，从而降低隧道衬砌耐久性和使用功能，甚至危及行车安全。因此，在客运专线隧道设计中，要采取有效措施减少隧道衬砌裂缝。2.3对环境的影响更加明显环境包括自然环境、生态环境和周边人文环境，客运专线列车以较高的速度运行，其产生的轮轨噪声、机械噪声、弓网噪声和空气动力学等噪声将比普速列车明显，对环境的影响也比普速列车大。例如，列车进入隧道后，形成压缩波，当压缩波传到隧道出口突然释放形成微气压波时，会对洞口的环境造成一定的影响，严重时会产生爆破音，影响附近的建筑物和居民的正常生活。所以客运专线隧道的修建就应该更加重视对环境的影响，围绕降低噪声、减少对自然环境、生态环境和周边人文环境的破坏，采取不同于普速铁路隧道的工程措施。2.4防灾救援要求高客运专线隧道中运行的主要是高速度的旅客列车，一旦发生事故和灾害，后果比一般铁路要严重的多。如何尽量避免高速度的旅客列车在隧道内发生事故和灾害，以及旅客列车在隧道内因故停车时，如何快速疏散乘客，发生灾害事故时如何快速救援等，是客运专线隧道应该重点考虑的问题，相对普速客货共线的铁路隧道来讲，客运专线隧道对防止发生事故和灾害以及快速救援的要求更高。3客运专线隧道的技术要求3.1高速列车在隧道中运行时的舒适度高速列车在隧道中运行时的舒适度与列车通过隧道时产生的压力波动有关，这也是高速列车通过隧道时产生的主要效应，而微气压波正是这种压力波向外产生的辐射，因此所有效应及危害的根源在于压力波动，特别是在极短时间内的压力突变（称为瞬变压力）传到人体时，会产生生理上的不适，从而大大降低乘车的舒适度。从旅客乘车舒适度要求出发，最大瞬变压力临界值控制标准在一般情况下，可取为不大于3.0kpa/3s，即每3s内最大压力变化值在3kpa以内。表3给出了相应的“不舒适度”极限值。表3建议的临界值运营类型极端情况（kppa/4ss）正常情况（kppa/4ss）不舒适度A常规型隧道占全全长10%%，不密闭闭车辆4.02.54.5B常规型隧道占全全长25%%，不密闭闭车辆3.02.03.5C高舒适度型隧道道占全长225%，密密闭车辆1.250.82.5D地铁及城市轨道道运输隧道道占全长550%，不不密闭车辆辆1.00.72.0参照国外经验，中铁西南科学研究院曾提出我国高速铁路舒适度准则，如表4所示。表4我国高速铁路舒适度准则建议值线路类型隧道长度(占线路比例)隧道密集程度((座/h)瞬变压力/(kkPa/33s)A(平原)单线<10%AND<42.0B(平原)双线<10%AND<43.0C(山丘)单线>25%OR>40,8D(山丘)双线>25%Or>41.253.2建筑限界和隧道内净空面积3.2.1堵塞比的概念从各国的实践看，隧道横断面的决定主要是采用堵塞比，即采用列车横断面面积与隧道横断面面积的比值来决定。这里的隧道横断面积，通常指轨道面以上的断面积。表5列出了一些国家高速铁路隧道采用的参数。表5一些国家高速铁路隧道的基本参数国家法国德国意大利日本西班牙列车最高速度（km/h）270250250300220240300列车横断面（mm）1010.39.712.612.610隧道端面积（mm）718253.87660.563.875隧道端面积（mm）718253.87660.563.875堵塞比0.13~0..150.130.180.130.21~0..220.20~0..210.13线间距（m）4.24.74.05.04.24.34.5~4.773.2.2国外已建成高速铁路隧道内净空面积克服空气动力学效应对旅客舒适度、车辆结构(瞬变压力)、洞口环境(微压气波)和行车阻力的影响是确定隧道横断面设计的关键。目前世界上高速铁路对隧道设计参数的确定基本上有两种模式：以日本新干线为代表，隧道断面比较小以求降低土建造价，而提高车辆密封性和修建洞口缓冲结构的办法来缓解脉冲压力和微气压波引起的负面影响；以德国高速铁路为代表在高速隧道修建时，主要通过放大隧道断面积来解决上述问题。世界上已建成的高速铁路隧道的设计运营速度和相应的有效内净空断面积对照，如表6所示。表6各国高速铁路隧道内净空面积国家线别别运营速度(kmm/h断面积(m2))日本新干线240~300061~64法国大西洋线30071北方线、东南延延伸线300100地中海线350100德国汉诺威～维尔茨茨堡25082曼海姆～斯图加加特汉诺威～柏林科隆～法兰克福福30092西班牙马德里～塞维利利亚27075韩国汉城～釜山3501073.2.3我国客运专线隧道的内净空面积我国客运专线隧道的建筑限界根据不同的速度目标值、不同种类的货运限界组合，共分为速度目标值200km/h以及250km/h客运专线兼顾普通货物运输和双层集装箱运输的单、双线隧道建筑限界，速度速度目标值350km/h客运专线单、双线隧道建筑限界。在满足上述限界和速度目标值的条件下，考虑空气动力学效应和各种安全预留空间，拟定相应的隧道有效内净空面积，如表7所示。表7我国客运专线隧道内净空面积序号类别标准单线双线1200km/hh客专近期期客货共线线52.86m285.8m22200km/hh客专近期期双箱运输输56.67m2292.94m223250km/hh近期客货货共线58m290.16m224250km/hh近期双箱箱运输58m295.06m25350km/hh客运专线线70m2100m2注：隧道内净空面积是指轨面以上部分的面积各种预留空间要求如下：(1)安全空间。在隧道侧边位置设置尺寸为0.8m(宽)×2.2m(高)的安全空间。安全空间内包括安放施工设施(0.3m宽)或开关柜(0.4m宽)的空间。(2)救援通道。在隧道侧边位置设置贯通的救援通道，用于自救或外部久远，尺寸为1.5m(宽)×2.2m(高)，要求距中心线至少2.3m，在救援通道位置内包括安放施工设施(0.3m宽)或开关柜(0.4m宽)的空间。(3)技术作业空间。沿隧道衬砌预留宽为0.3m的环形空间，用于安放施工辅助设施(如立脚手架)，作为余留的衬砌补强或安装建筑材料的空间。但不能利用预留的空间来满足隧道建设的施工误差。隧道建筑限界和预留空间位置关系如图2所示。图1隧道建筑限界和预留空间位置关系图1隧道建筑限界和预留空间位置关系3.3洞门型式及缓冲结构3.3.1洞门型式我国传统隧道洞门采用定型图模式，但是这种洞门设计往往需要在洞口开挖大量的边坡和仰坡，人为地破坏洞口的植被。根据我国科学发展观和环境保护的要求，客运专线的隧道洞门应综合考虑地形、地貌、洞口地质条件及附近建筑物、周边自然环境等因素，在确保运营安全的前提下，因地制宜地设计新型洞门结构。3.3.2缓冲结构为降低微气压波的影响，在列车进洞速度超过160km/h时，都要采取相应措施。一种措施是扩大隧道横断面到一定程度，如我国台湾、韩国等，均采用90m2～100m2隧道横断面积。另一种是不增大隧道断面积，而在隧道入口设置相应的缓冲段。入口缓冲段的结构形式主要有：横断面积不变，具有一定长度的缓冲段；横断面积扩大，具有一定长度的及侧面开口的缓冲段等。洞口缓冲段主要有以下几种形式：(1)无侧面开口或开槽的扩大断面型；(2)有侧面开口或开槽的扩大断面型；(3)喇叭型：分直线型和曲线型两种，如图3所示。图3喇叭口型缓冲段DD0LhDD0Lh减小微气压波影响的措施的主体是隧道入口缓冲段。要处理好列车速度和缓冲段长度的关系。例如，列车进洞速度为160km/h时，基本上可不考虑微气压波问题。隧道入口的缓冲长度为nD（D图3喇叭口型缓冲段DD0LhDD0Lh表8使列车速度降到160km/h以下所需的缓冲段的最小长度进洞速度ν（kkm/h）速度降低度1660/ν压力坡度降低度度缓冲段最小长度度2000.80.51102300.70.34202600.620.23353100.520.1465除在入口设置缓冲段外，具体还可采取以下方法：a.利用斜井、竖井；b.做带有开口的防护棚；c.车辆方面的措施，如采用密闭车辆等；d.隧道壁面的措施；e.也可在埋深小的的洞口开挖挖竖井来降降低压缩波波的坡度。双线隧道原则不不设缓冲结结构，当洞洞口位于城城市或有密密集建筑物物时，可采采取防噪音音措施或结结合洞门型型式适当设设置缓冲结结构。3.4衬砌支支护类型和和支护参数数根据隧道围岩的的变形和松松弛由围岩岩和支护共共同抑制最最终形成稳稳定结构的的理念，对对于质量要要求较高的的客运专线线隧道，暗暗挖部分宜宜采用复合合式衬砌，明明挖部分采采用整体式式衬砌。由由于以往我我国缺乏大大断面客运运专线隧道道支护参数数的研究，也也没有成熟熟可靠的支支护参数可可供借鉴，根根据各设计计单位拟定定的参数，广广泛征求专专家建议，结结合国内外外工程实例例的类比，形形成了断面面内净空为为100m2的暗挖隧隧道的衬砌砌支护参数数，如表9所示。表9100m2复合式衬衬砌支护参参数3.5防水和和排水措施施(1)防排水设计计原则山岭客运专线隧隧道的防排排水仍应采采取“防、排、截截、堵结合合，因地制制宜，综合合治理”的原则，采采取切实可可靠的设计计、施工措措施，保障障结构物和和设备的正正常使用和和行车安全全。对地表表水和地下下水应作妥妥善处理，洞洞内外应形形成一个完完整的防排排水系统。达达到《地下下工程防水水技术规范范》(GB500108))规定的一一级防水标标准，衬砌砌不允许渗渗水，结构构表面无湿湿渍。(2)防排水措施施客运专线隧道应应重视初期期支护的防防水，防水水应以混凝凝土自防水水为主体，以以施工缝、变变形缝防水水为重点，并并辅以注浆浆防水和防防水层加强强防水，满满足结构使使用功能。地地下水发育育和较发育育地区隧道道以及浅埋埋隧道的衬衬砌混凝土土一般应采采用防水混混凝土结构构，抗渗等等级不小于于P8，防水水混凝土结结构的衬砌砌厚度不应应小于300cm；；一般隧道道拱墙背后后均应设置置防水板，对对地下水流流失敏感地地段隧道防防排水宜全全环设置防防水板，并并采取分区区防水的办办法，衬砌砌结构敷设设封闭式分分区注浆防防水板，防防水板的厚厚度不应小小于1．5mmm，材质宜宜选用耐久久性和抗老老化性能较较好的EVVA或ECB防水水板；对于于允许排水水的隧道在在防水板背背后应设置置环向和纵纵向排水盲盲管，盲管管分别引入入侧沟，堵堵塞时应可可以疏通；；隧道环向向施工缝设设置中埋式式橡胶止水水带，纵向向施工缝设设置缓膨型型遇水膨胀胀橡胶止水水条；在有有条件的隧隧道还应在在施工缝处处设置可维维护的防水水系统。(3)注意事项①对于隧道穿过持持水层、断断裂破碎带带，预计地地下水较大大，当采用用以排为主主而影响生生态环境时时，根据实实际情况采采用注浆堵堵水的措施施，达到堵堵水有效、防防水可靠、经经济合理的的目的。②在防水板铺设之之前，应对对初期支护护的渗漏水水情况进行行检查，如如有股流，应应进行局部部注浆堵水水，如有渗渗水情况，宜宜采用盲管管进行引排排。③洞顶及其附近有有水塘、水水库、水渠渠及河沟时时，要考虑虑因修建隧隧道而引起起地表水流流失而影响响居民正常常生产生活活的可能，可可采取稳妥妥的防止水水源漏失的的措施。3.6消防和和防灾救援援考虑到隧道发生生灾害位置置的不确定定性和后果果的严重性性，在设计计中要考虑虑完善的消消防系统和和防灾救援援措施。在隧道两侧设置置贯通的救救援通道，以以备发生灾灾害时的人人员疏散和和救援工作作。在隧道辅助洞室室内设置简简易的消防防器具和报报警电话。对长度大于6km的的隧道，结结合隧道的的辅助坑道道，设置紧紧急出口，供供灾害情况况时人员疏疏散逃生。在在隧道内消消防洞室和和紧急出口口处设置醒醒目的标示示牌。对长度超过200km的隧道或或总长超过过20kkm的隧隧道群，宜宜在隧道中中部适当位位置设置定定点疏散和和消防系统统。对平行的双洞单单线隧道，间间隔4000～500m设置横横向连接通通道，以备备灾害发生生时互为救救援和疏散散通道。在远离水源长度度大于6km的的隧道洞口口和紧急出出口处设置置储水池或或地下水罐罐，以备洞洞内发生火火灾时消防防用水。3.7环境保保护尽量在隧道洞口口减少大的的挖方，可可适当接长长明洞，对对于受地形形限制在施施工过程中中破坏的植植被尽量予予以恢复，对对有条件的的边仰坡进进行植被防防护。隧道洞门宜选用用有利于缓缓解空气动动力学效应应的洞门型型式，靠近近城市或风风景区的隧隧道洞口宜宜结合景观观进行设计计，必要时时可根据洞洞门型式适适当设置缓缓冲结构，减减小微气压压波对周围围居民和建建筑物的影影响。对噪声要求严格格的部分隧隧道洞口段段，于隧道道内壁边墙墙上可以设设置厚度不不大于100cm的吸音板板，在铺设设无碴轨道道洞内底部部设置吸引引材料，把把噪声降到到最低限度度。4隧道施工工技术4.1施工工工法的选选择4.1.1隧隧道施工方方法分类隧道施工是指修修建隧道及及地下洞室室的施工方方法、施工工技术和施施工管理的的总称。隧道施工方法的的选择主要要依据工程程地质和水水文地质条条件，并结结合隧道断断面尺寸、长长度、衬砌砌类型、隧隧道的使用用功能和施施工技术水水平等因素素综合考虑虑研究确定定。根据隧隧道穿越地地层的不同同情况和目目前隧道施施工方法的的发展，隧隧道施工方方法可按以以下方式分分类：4.1.2山山岭隧道的的常规施工工方法山岭隧道的常规规施工方法法又称为矿矿山法，因因最早应用用于采矿坑坑道而得名名。在矿山法中，多多数情况下下都需要采采用钻眼爆爆破进行开开挖，故又又称为钻爆爆法。从隧隧道工程的的发展趋势势来看，钻钻爆法仍将将是今后山山岭隧道最最常用的开开挖方法。在矿山法中，坑坑道开挖后后的支护方方法，大致致可以分为为钢木构件件支撑和锚锚杆喷射混混凝土支护护两类。作为施工方法，人人们习惯上上将采用钻钻爆开挖加加钢木构件件支撑的施施工方法称称为“传统的矿矿山法”；而将采采用钻爆开开挖加锚喷喷支护的施施工方法称称之为“新奥法”。(1)矿山法传统的矿山法是是人们在长长期的施工工实践中发发展起来的的。它是以以木或钢构构件作为临临时支撑，待待隧道开挖挖成形后，逐逐步将临时时支撑撤换换下来，而而代之以整整体式衬砌砌作为永久久性支护的的施工方法法。木构件支撑由于于其耐久性性差和对坑坑道形状的的适应性差差，支撑撤撤换工作既既麻烦又不不安全，且且对围岩有有所扰动，因因此，目前前已很少采采用。钢构件支撑由于于具有较好好的耐久性性和对坑道道形状的适适应性等优优点，施工工中可以撤撤换，也更更为安全。日日本隧道界界将以钢构构件作为临临时支撑的的矿山法称称为“背板法”。钢木构件支撑类类似于地上上的“荷载－结结构”力学体系系。它作为为一种维持持坑道稳定定的措施，是是很直观和和奏效的，也也容易被施施工人员理理解和掌握握。因此这这种方法常常被应用于于不便采用用锚喷支护护的隧道中中，或处理理坍方等。由由于衬砌的的设计工作作状态与实实际工作状状态不一致致，以及临临时支撑存存在的一些些缺陷等，在在一定程度度上限制了了它的发展展和应用。(2)新奥法新奥法即奥地利利隧道施工工新方法(NewAusttriannTunnnelllingmethhod－NATMM)，是以喷喷射混凝土土锚杆作为为主要支护护手段，通通过监测控控制围岩的的变形，便便于充分发发挥围岩的的自承能力力的施工方方法。它是是在锚喷支支护技术的的基础上由由奥地利学学者腊布塞塞维奇首先先提出的，并并于19544~19555年首次应应用于奥地地利的普鲁鲁茨——伊姆斯特特电站的压压力输水隧隧洞中。以以后，经瑞瑞典、意大大利以及其其他国家的的同行们的的理论研究究和实践，于1963年在奥地利的萨尔茨堡召开的第八次土力学会议上正式命名为新奥法，并取得了专利权。之后在西欧、北欧、美国和日本等许多地下工程中得到了极为迅速的发展。我国从20世纪60年代开始引用锚杆和喷射混凝土技术，近几十年来，通过工程实践积累了丰富的在不良地质等困难条件下用新奥法修建隧道工程的成功经验，如在严重风化的千枚岩地层中修建的下坑隧道；位于黄土、砂质粘土层中的军都山隧道；以及在围岩急剧变形拱顶沉降最大达400mm的金家岩隧道等。锚喷支护技术与与传统的钢钢木构件支支撑技术相相比，不仅仅仅是手段段上的不同同，更重要要的是工程程概念的不不同，是人人们对隧道道及地下工工程问题的的进一步认认识和理解解。由于锚锚喷支护技技术的应用用和发展，导导致隧道及及地下洞室室工程理论论步入到现现代理论的的新领域，也也使隧道及及地下洞室室工程的设设计和施工工更符合地地下工程实实际，即设设计理论－－施工方法法－结构(体系)工作状态(结果)的一致。因因此，新奥奥法作为一一种施工方方法，已在在世界范围围内得到了了广泛的应应用。①新奥法施工程序序新奥法施工程序序可用以下下框图(图4)表示。②新奥法施工的基基本原则新奥法施工的基基本原则可可以归纳为为“少扰动、早早支护、勤勤量测、紧紧封闭”。少扰动，是指在在进行隧道道开挖时，要要尽量减少少对围岩的的扰动次数数、扰动强强度、扰动动范围和扰扰动持续时时间。因此此要求能用用机械开挖挖的就不用用钻爆法开开挖；采用用钻爆法开开挖时，要要严格地进进行控制爆爆破；尽量量采用大断断面开挖；；根据围岩岩类别、开开挖方法、支支护条件选选择合理的的循环掘进进进尺；自自稳性差的的围岩，循循环掘进进进尺应短一一些；支护护要尽量紧紧跟开挖面面，缩短围围岩应力松松弛时间。图4新奥法施工程序图4新奥法施工程序施工准备确定施工方案开挖是否符合管理基准？防水隔离层二次支护竣工是修改施工方案改变开挖方法和顺序修正支护参数否初期支护量测监控必要时须超前支护或预先进行地层改良早支护，是指开开挖后及时时施作初期期锚喷支护护，使围岩岩的变形进进入受控制制状态。这这样做一方方面是为了了使围岩不不致因变形形过度而产产生坍塌失失稳；另一一方面是使使围岩变形形适度发展展，以充分分发挥围岩岩的自承能能力。必要要时可采取取超前预支支护措施。勤量测，是指以以直观、可可靠的量测测方法和量量测数据来来准确评价价围岩(或围岩加加支护)的稳定状状态，或判判断其动态态发展趋势势，以便及及时调整支支护形式、开开挖方法，确确保施工安安全和顺利利进行。量量测是现代代隧道及地地下工程理理论的重要要标志之一一，也是掌掌握围岩动动态变化过过程的手段段和进行工工程设计、施施工的依据据。紧封闭，一方面面是指采取取喷射混凝凝土等防护护措施，避避免围岩因因长时间暴暴露而致强强度和稳定定性的衰减减，尤其是是对易风化化的软弱围围岩。另一一方面是指指要适时对对围岩施作作封闭形支支护，这样样做不仅可可以及时阻阻止围岩变变形，而且且可以使支支护和围岩岩能进入良良好的共同同工作状态态。4.2开挖方方法隧道施工就是要要挖除坑道道范围内的的岩体，并并尽量保持持坑道围岩岩的稳定。显显然，开挖挖是隧道施施工的第一一道工序，也也是关键工工序。在坑坑道的开挖挖过程中，围围岩稳定与与否，虽然然主要地取取决于围岩岩本身的工工程地质条条件，但无无疑开挖对对围岩稳定定状态有直直接而重要要的影响。因此，隧道开挖挖的基本原原则是：在在保证围岩岩稳定或减减少对围岩岩的扰动的的前提条件件下，选择择恰当的开开挖方法和和掘进方式式，并应尽尽量提高掘掘进速度。即即在选择开开挖方法和和掘进方式式时，一方方面应考虑虑隧道围岩岩地质条件件及其变化化情况，选选择能很好好地适应地地质条件及及其变化，并并能保持围围岩稳定的的方法和方方式；另一一方面应考考虑坑道范范围内岩体体的坚硬程程度，选择择能快速掘掘进，并能能减少对围围岩的扰动动的方法和和方式。隧道施工中，开开挖方法是是影响围岩岩稳定的重重要因素之之一、因此此，在选择择开挖方法法时，应对对隧道断面面大小及形形状、围岩岩的工程地地质条件、支支护条件、工工期要求、工工区长度、机机械配备能能力、经济济性等相关关因素进行行综合分析析，采用恰恰当的开挖挖方法。尤尤其应与支支护条件相相适应。隧道开挖方法实实际上是指指开挖成形形方法。按按开挖隧道道的横断面面分部情形形来分，开开挖方法可可分为全断断面开挖法法、台阶开开挖法、分分部开挖法法等，见表表10。4.2.1全断断面开挖法法断面开挖法就是是按照设计计轮廓一次次爆破成形形，然后修修建衬砌的的施工方法法。(1)施工顺序序图5隧道掘进正规循环作业横道图工序交换班钻眼装药爆破、通风初期支护出碴图5隧道掘进正规循环作业横道图工序交换班钻眼装药爆破、通风初期支护出碴机动时间二次衬砌12345678时间(h)表10隧道主主要施工(开挖)方法序号名称横断面示意纵断面示意1全断面开挖法2台阶法=1\*GB3=1\*GB3①=2\*GB3②=1\*GB3=1\*GB3①=2\*GB3②3环形开挖预留核核心土法=1\*GB3=1\*GB3①=3\*GB3③=2\*GB3②=2\*GB3②=1\*GB3=1\*GB3①=2\*GB3②=3\*GB3③4单侧壁导坑法=1\*GB3=1\*GB3①=3\*GB3③=2\*GB3②=1\*GB3=1\*GB3①=2\*GB3②=3\*GB3③5双侧壁导坑法=1\*GB3=1\*GB3①=1\*GB3①=3\*GB3③=2\*GB3②=1\*GB3=1\*GB3①=2\*GB3②=3\*GB3③6中洞法=1\*GB3=1\*GB3①=3\*GB3③=3\*GB3③=2\*GB3②=2\*GB3②=1\*GB3=1\*GB3①=2\*GB3②=3\*GB3③7中隔壁法(CDD)=1\*GB3=1\*GB3①=2\*GB3②=3\*GB3③=4\*GB3④=5\*GB3⑤=6\*GB3⑥=1\*GB3=1\*GB3①=2\*GB3②=3\*GB3③=4\*GB3④=5\*GB3⑤=6\*GB3⑥8交叉中隔壁法((CRD))=1\*GB3=1\*GB3①=3\*GB3③=2\*GB3②=4\*GB3④=5\*GB3⑤=6\*GB3⑥=1\*GB3=1\*GB3①=2\*GB3②=3\*GB3③=4\*GB3④=5\*GB3⑤=6\*GB3⑥(2)适用条件件①=1\*ROMANI~=4\*ROMANIV级围岩，在在用于Ⅳ级围岩时时，围岩应应具备从全全断面开挖挖到初期支支护前这段段时间内，保保持其自身身稳定的条条件。②有钻孔台车或自自制作业台台架及高效效率装运机机械设备。③隧道长度或施工工区段长度度不宜太短短，根据经经验一般不不应小于lkm，否则采采用大型机机械化施工工，其经济济性较差。采用全断面一次次开挖法，必必须注意机机械设备的的配套，以以充分发挥挥机械设备备的效率。隧道机械化施工工，有三条条主要作业业线，见表表11。为加快隧道建设设，必须实实现隧道施施工机械化化，而隧道道工程新技技术、新工工艺的推广广又为机械械化施工奠奠定了基础础。同时，机机械化的发发展又推动动了隧道施施工工艺水水平的不断断提高。机机械设备选选型时应遵遵循可靠性性、经济性性、配套性性等原则。表11隧道道机械化施施工作业线线作业线采用的大型机械械设备开挖作业线钻孔台车、装药药台车、装装载机配合合自卸汽车车（无轨运运输时）、装装渣机配合合矿车及电电瓶车或内内燃机车（有有轨运输时时）喷锚作业线混凝土喷射机、混混凝土喷射射机械手、喷喷锚作业平平台进料运运输设备及及锚杆灌浆浆设备模筑衬砌作业线线混凝土拌和作业业厂、混凝凝土输送车车及输送泵泵、施作防防水层作业业平台、衬衬砌钢模台台车1212L12>(1~1.5)L(b)短台阶法(a)长台阶法12>5L12L图6台阶法类型123~5m(c)微台阶法12L根据台阶长度不不同，划分分为长台阶阶法、短台台阶法和微微台阶法三三种，如图图6所示。施工中采用哪一一种台阶法法，要根据据两个条件件来决定，第第一是对初初期支护形形成闭合断断面的时间间要求，围围岩越差，要要求闭合时时间越短，第第二是对上上部断面施施工所采用用的开挖、支支护、出渣渣等机械设设备需要施施工场地大大小的要求求。对软弱弱围岩，主主要考虑前前者，以确确保施工安安全；对较较好围岩，主主要考虑如如何更好地地发挥机械械设备的效效率，保证证施工中的的经济效益益，因此只只考虑后一一条件。(1)长台阶法法长台阶法开挖断断面小，有有利于维持持开挖面的的稳定，适适用范围较较全断面法法广，一般般适用于地地质条件较较差的Ⅲ，Ⅳ，V级围岩，在在上、下两两个台阶上上，分别进进行开挖、支支护、运输输、通风、排排水等作业业线，因此此台阶长度度适当长一一些，一般般考虑至少少为50m。但台阶阶长度过长长，如大于于l00m，则增加加了轨道的的铺设长度度，同时其其通风排烟烟、排水的的难度也大大大增加。这这样反而降降低了施工工的综合效效率，因此此推荐台阶阶长度为50~880m。(2)短台阶法法短台阶法适用于于地质条件件差的Ⅳ、V级围岩，台台阶长度定定为10~115m，即1~2倍开挖宽宽度，主要要是考虑拉拉开工作面面，减少干干扰，因此此台阶长度度不宜过短短。上台阶阶一般采用用少药量的的松动爆破破，出渣采采用人工或或小型机械械转运至下下台阶，一一般不考虑虑有轨运输输，因此台台阶长度又又不宜过长长，如果超超过15m，则出渣渣所需的时时间显得过过长。短台阶法可缩短短支护闭合合时间，改改善初期支支护的受力力条件，有有利于控制制围岩变形形。缺点是是上部出渣渣对下部断断面施工干干扰较大，不不能全部平平行作业。(3)微台阶法法微台阶法是全断断面开挖的的一种变异异形式，适适用于工，Ⅱ，Ⅲ级围岩，一一般为3~5m的台阶长长度，台阶阶长度小于于3m时，无法法正常进行行钻眼和拱拱部的喷锚锚支护作业业，台阶长长度大于5m时，利用用爆破将石石渣翻至下下台阶有较较大的难度度，必须采采用人工翻翻渣，所以以不可取。微微台阶法上上下断面相相距较近，机机械设备集集中，作业业时相互干干扰大，生生产效率低低，施工速速度慢。42.3分部开开挖法分部开挖法包括括环形开挖挖预留核心心土法、双双侧壁导坑坑法、中洞洞法、中隔隔壁法等。(1)环形开开挖留核心心土法环形开挖留核心心土法常用用于Ⅵ级围岩单单线和V~Ⅵ级围岩双双线隧道掘掘进。施工工方法见施施工顺序：：人工或单单臂掘进机机开挖环形形拱部十架架立钢支撑撑，挂钢丝丝网，喷射射混凝土十十在拱部初初期支护保保护下，用用挖掘机械械单臂掘进进机开挖核核心土个随随即接长边边墙钢支撑撑，挂网喷喷射混凝土土，并进行行封底十根根据围岩变变形，施作作二次衬砌砌。施工时要求：环环形开挖进进尺一般为为0.5~~1.0mm；开挖后后应及时施施作喷锚支支护、安设设钢架支撑撑，每两榀榀钢架之间间采用连续续钢筋连接接，并加锁锁脚锚杆；；核心土面面积不小于于整个断面面的50％；当围围岩地质条条件差，自自稳时间较较短时，开开挖前在拱拱部设计开开挖轮廓线线以外，进进行超前支支护；二次次衬砌采用用先墙后拱拱法施作。环形开挖留核心心土法施工工具有简单单明了，施施工易行；；不需要特特殊的机械械设备，减减少施工投投入；开挖挖工作面稳稳定性好，施施工较安全全等特点。在在土质及软软弱围岩中中使用较多多，在大秦秦线军都山山隧道黄土土段等隧道道施工中均均有应用。(2)双侧壁壁导坑法双侧壁导坑法适适用于V~Ⅵ级围岩双双线或多线线隧道掘进进。由于跨跨度较大，一一般开挖宽宽度达11m左右，无无法采用全全断面或台台阶法开挖挖，采用先先开挖隧道道两侧导坑坑，相当于于先开挖2个小跨度度的隧道，并并及时施作作导坑四周周初期支护护及边墙衬衬砌，再根根据地质条条件、断面面大小，对对剩余部分分断面进行行一次或二二次开挖。双侧壁导坑法施施工要求：：侧壁导坑坑高度以到到起拱线为为宜；侧壁壁导坑形状状应近于椭椭圆形断面面，导坑断断面为整个个断面的1/3；侧壁导导坑领先长长度一般为为30~550m，以开挖挖一侧导坑坑所引起的的围岩应力力重分布不不影响另一一侧导坑为为原则；导导坑开挖后后应及时进进行初期支支护，并尽尽早封闭成成环。双侧壁导坑法具具有控制地地表沉陷好好(仅为短台台阶法的1/2)，施工安安全等优点点，但进度度慢，成本本高。因此此，适用于于断面跨度度大，地表表沉陷要求求严格，围围岩条件特特别差的隧隧道，在衡衡广复线香香炉坑隧道道、大秦线线西坪隧道道通过塌方方体、北京京地铁西单单车站等地地下工程中中均有应用用。(3)中洞法法中洞法适用于双双连拱隧道道。采用先先施作隧道道中墙混凝凝土，后开开挖两侧的的施工方法法。中洞法施工要求求：中洞法法开挖高度度应大于中中墙高度1m，开挖宽宽度应大于于5m；中洞开开挖长度根根据隧道长长度、宽度度以及地质质情况综合合考虑，一一般为50~880m；对长度200~~300mm的短隧道道可先贯通通中洞，然然后再施工工两侧侧洞洞；中洞开开挖后应及及时施作初初期支护，再再分段灌筑筑中墙混凝凝土，每一一纵向段长长度为4~6m，在中墙墙混凝土达达到设计强强度后方可可拆模，并并进行临时时横向支撑撑。(4)中隔壁壁法(CD)中隔壁法是近年年来从国外外引进的先先进的施工工方法，通通过在国内内的铁路隧隧道和城市市地下工程程中的实践践，证明这这种方法是是通过软弱弱、浅埋、大大跨度隧道道的最有效效的施工方方法，它适适用于V~Ⅵ级围岩的的浅埋双线线隧道。中中隔墙开挖挖时，应沿沿一侧自上上而下分为为二或三部部进行，每每开挖一步步均应及时时施作锚喷喷支护、安安设钢架、施施作中隔壁壁，底部应应设临时仰仰拱，中隔隔壁墙依次次分步联结结而成，之之后再开挖挖中隔墙的的另一侧，其其分步次数数及支护形形式与先开开挖的一侧侧相同。中隔壁洞法施工工要求：各各部开挖时时，周边轮轮廓尽量圆圆顺，减小小应力集中中；各部的的底部高程程应与钢架架接头处一一致；每一一部的开挖挖高度为3.5m；后一侧侧开挖应全全断面及时时封闭；左左右两侧纵纵向间距一一般为30~550m；中隔壁壁设置为弧弧形或圆弧弧形。(5)交叉中中隔壁法(CRD))交叉中隔壁法适适用于V~Ⅵ级围岩浅浅埋的双线线或多线隧隧道。采用用自上而下下分为二至至三步开挖挖中隔墙的的一侧，并并及时支护护，待完成成1~2部后，即即开始另一一侧l~2部开挖及及支护，形形成左右两两侧开挖及及支护相互互交叉的情情形。采用交叉中隔壁壁法施工，除除满足中隔隔壁法的要要求外，尚尚应满足：：设置临时时仰拱，步步步成环；；自上而下下，交叉进进行；中隔隔壁及交叉叉临时支护护，在灌注注二次衬砌砌时，应逐逐段拆除。各施工方法的适适用范围总总结如表12所示。表12各施工工方法的适适用范围4.3隧道道施工辅助助方法在前面介绍隧道道开挖方法法时，就有有一个假定定，即开挖挖面(或称掌子子面)均为直立立的。但事事实上这个个假定只能能是对稳定定性较好的的围岩才成成立，对于于软弱破碎碎围岩则不不然。在这这种情形中中，即使是是采取短进进尺开挖，开开挖面也会会向下坍塌塌。其结果果是造成支支护和开挖挖面前方的的更大坍塌塌，甚至影影响后方的的施作支护护部分的稳稳定或波及及地表沉陷陷。当地下下水丰富时时，这种情情况就更为为严重。在在隧道工程程历史中，这这样的事例例并不鲜见见，造成了了人、财、物物的大量消消耗。随着开挖技术、锚锚喷支护技技术、地层层改良技术术的研究应应用和发展展，隧道工工作者研究究出了许多多辅助稳定定措施，从从而使得现现代隧道工工程施工的的开挖和支支护变得更更简捷、及及时、有效效、彻底，也也更具有可可预防性和和安全性。隧道施工中常用用的辅助稳稳定措施有有：上述辅助稳定措措施的选用用应视围岩岩地质条件件、地下水水情况、施施工方法、环环境要求等等具体情况况而定，并并尽量与常常规施工方方法相结合合，进行充充分的技术术经济比较较，选择一一种或几种种同时使用用。施工中应经常观观测地形、地地貌的变化化以及地质质和地下水水的变异情情况，制定定有关的安安全施工细细则，预防防突然事故故的发生。必必须坚持先先支护(或强支护)、后开挖挖、短进度度、弱爆破破、快封闭闭、勤测量量的施工原原则，并作作好详细的的施工记录录。超前锚杆图7超前锚杆预锚固围岩4.3.1超前超前锚杆图7超前锚杆预锚固围岩(1)构造组成成超前锚杆是沿开开挖轮廓线线，以稍大大的外插角角，向开挖挖面前方安安装锚杆，形形成对前方方围岩的预预锚固，在在提前形成成的围岩锚锚固圈的保保护下进行行开挖等作作业(图7)。(2)性能特点点及适用条条件这类超前支护的的柔性较大大，整体刚刚度较小。虽虽然可以与与系统锚杆杆焊接以增增强其整体体性，但对对于围岩应应力较大时时，其后期期支护刚度度就有些不不足。因此此此类超前前支护主要要适用于应应力不太大大，地下水水较少的软软弱围岩的的隧道工程程中，如土土砂质地层层、弱膨胀胀性地层、流流变性较小小的地层、裂裂隙发育的的岩体、断断层破碎带带等、浅埋埋无显著偏偏压的隧道道。也适宜宜于采用中中小型机械械施工。(3)设计、施施工要点①.超前锚杆的超前前量、环向向间距、外外插角等参参数，应视视围岩地质质条件、施施工断面大大小、开挖挖循环进尺尺和施工条条件而定。一一般超前长长度为循环环进尺的3~5倍，宜采采用3~5m长，环环向间距采采用0.3~~1.0mm；外插角角宜用10°~~30°；搭接长长度宜为超超前长度的的40%~~60%左右，即即大致形成成双层或双双排锚杆。②超前锚杆宜用早早强砂浆全全粘结式锚锚杆，锚杆杆材料可用用不小于φφ22的螺纹钢钢筋。③超前锚杆的安装装误差，一一般要求孔孔位偏差不不超过10cm，外插角角超过1°~22°，锚入长长度不小于于设计长度度的96%。④开挖时应注意保保留前方有有一定长度度的锚固区区，以使超超前锚杆的的前端有一一个稳定的的支点。其其尾端应尽尽可能多地地与系统锚锚杆及钢筋筋网焊连。若若掌子面出出现滑坍现现象，则应应及时喷射射混凝土封封闭开挖面面，并尽快快打入下一一排超前锚锚杆，然后后才能继续续开挖。⑤开挖后应及时喷喷射混凝土土，并尽快快封闭环形形初期支护护。⑥开挖过程中应密密切注意观观察锚杆变变形及喷射射混凝土层层的开裂、起起鼓等情况况，以掌握握围岩动态态，及时调调整开挖及及支护参数数，如遇地地下水时，则则可钻孔引引排。图8管棚预支护围岩（长管棚）a)棚管的环向布置图8管棚预支护围岩（长管棚）a)棚管的环向布置b)管棚钢管纵向错接c)钢管端部横向联接(1)构造组成成管棚是利用钢拱拱架沿开挖挖轮廓线以以较小的外外插角、向向开挖面前前方打入钢钢管或钢插插板构成的的棚架来形形成对开挖挖面前方围围岩的预支支护(图8)。采用长度小于110m的钢管的的称为短管管棚；采用用长度为10~445m且较粗的的钢管的称称为长管棚棚；采用钢钢插板(长度小于10m)的称为板板棚。(2)性能特点点及适用条条件管棚因采用钢管管或钢插板板作纵向预预支撑，又又采用钢拱拱架作环向向支撑，其其整体刚度度较大，对对围岩变形形的限制能能力较强，且且能提前承承受早期围围岩压力。因因此管棚主主要适用于于围岩压力力来得快来来得大、对对围岩变形形及地表下下沉有较严严格要求的的软弱破碎碎围岩隧道道工程中。如如土砂质地地层、强膨膨胀性地层层、强流变变性地层、裂裂隙发育的的岩体、断断层破碎带带、浅埋有有显著偏压压等围岩的的隧道中。此此外，在一一般无胶结结的土及砂砂质围岩中中，采用插插板封闭较较为有效；；在地下水水较多时，可可利用钢管管注浆堵水水和加固围围岩。短管棚一次超前前量少，基基本上与开开挖作业交交替进行，占占用循环时时间较多，但但钻孔安装装或顶入安安装较容易易。长管棚一次超前前量大，虽虽然增加了了单次钻孔孔或打入长长钢管的作作业时间，但但减少了安安装钢管的的次数，减减少了与开开挖作业之之间的干扰扰。在长钢钢管的有效效超前区段段内，基本本上可以进进行连续开开挖，也更更适于采用用大中型机机械进行大大断面开挖挖。(3)设计、施施工要点①管棚的各项技术术参数要视视围岩地质质条件和施施工条件而而定。长棚棚管长度不不宜小于10m，一般为10~445m；管径70~1180mmm，孔径比比管径大20~330mm，环向间间距0.2~~0.8mm；外插角1°~22°；两组管管棚间的纵纵向搭接长长度不小于于1.5m；钢拱架架常采用工工字钢拱架架或格栅钢钢架。②钢拱架应安装稳稳固其垂直直度允许误误差为±2°，中线及及高程允许许误差为±5cm；钢管应应从工字钢钢腹板圆孔孔穿过，或或穿过花钢钢拱架；钻钻孔方向应应用测斜仪仪检查控制制，钢管不不得侵入开开挖轮廓线线。钻孔平平面误差不不大于15cm，角度误误差不大于于0.5°。③第一节钢管前端端要加工成成尖锥状，以以利导向插插入。要打打一眼，装装一管，由由上而下顺顺序进行。④长钢管应用4~~6m的管节逐逐段接长，打打入一节，再再连接后一一节，连接接头应采用用厚壁管箍箍，上满丝丝扣，丝扣扣长度不应应小于15cm；为保证证受力的均均匀性，钢钢管接头应应纵向错开开，一般按按编号，偶偶数第一节节用4m，奇数第第一节用6m，以后各各节均采用用6m。⑤当需增加管棚刚刚度时，可可在安装好好的钢管内内注入水泥泥砂浆，一一般在第一一节管的前前段管壁交交错钻10~115mm孔若干，以以利排气和和出浆，或或在管内安安装出气导导管，浆注注满后方可可停止压注注。⑥水泥砂浆标号可可用C20~~C30，并适当当加大灰砂砂比。⑦钻孔时如出现卡卡钻或坍孔孔，应注浆浆后再钻，有有些土质地地层则可直直接将钢管管顶入。4.3.3超前小导导管注浆(1)构造组成成超前小导管注浆浆是在开挖挖前，先用用喷射混凝凝土将开挖挖面和5m范围内的的坑道封闭闭，然后沿沿坑道周边边向前方围围岩内打入入带孔小导导管，并通通过小导管管向围岩压压注起胶结结作用的浆浆液，待浆浆液硬化后后，坑道周周围岩体就就形成了有有一定厚度度的加固圈圈。在此加加固圈的保保护下即可可安全地进进行开挖等等作业(图9)。若小导导管前端焊焊一个简易易钻头，则则可外孔、插插管一次完完成，称为为自进式注注浆锚杆。图9超前小导管注浆预加固围岩b)注浆半径及孔距选择a<40cmrr图9超前小导管注浆预加固围岩b)注浆半径及孔距选择a<40cmrrb(取30cm)钻孔15oa)超前小导管布置小导管钢支撑0.2m3.5~6.0mc)小导管全图管箍(φ6钢筋加焊)出浆孔1.5m不钻孔0.2mφ25~φ35mm有缝钢管浆液被压注到岩岩体裂隙中中并硬化后后，不仅将将岩块或颗颗粒胶结为为整体起到到了加固作作用，而且且填塞了裂裂隙，阻隔隔了地下水水向坑道渗渗流的通道道，起到了了堵水作用用。因此，超超前小导管管注浆不仅仅适用于一一般软弱破破碎围岩，也也适用于地地下水丰富富的软弱破破碎围岩。(3)小导管管布置和安安装①小导管钻孔安装装前，应对对开挖面及及5m范围内内的坑道喷喷射5~100cm厚的混凝凝土封闭。②小导管一般采用用φ32mm的焊接管管或φ40mm的无缝钢钢管制作，长长度宜为3~6m，前端端做成尖锥锥形，前段段管壁上每每隔10~220cm交错钻眼眼，眼孔直直径宜为6~8mmm。③钻孔直径应较管管径大20mm以上，环环向间距应应按地层条条件而定，渗渗透系数大大的，间距距亦应加大大，一般采采用20~550cm；外插角角应控制在在10°~~30°之间，一一般采用15°。④Ⅴ级围岩劈裂、压压密注浆时时采用单排排管；Ⅵ级围岩或或处理坍方方时可采用用双排管；；地下水丰丰富的松软软层，可采采用双排以以上的多排排管；渗入入性注浆宜宜采用单排排管；大断断面或注浆浆效果差时时，可采用用双排管。⑤小导管插入后应应外露一定定长度，以以便连接注注浆管，并并用塑胶泥泥(40Be水玻璃拌525号水泥)将导管周周围孔隙封封堵密实。(4)注浆材料料种类及适适用条件①在断层破碎带及及砂卵石地地层(裂隙宽度度或颗粒粒粒径大于1mm，渗透系系数k≥5×100-4m/ss)等强渗透透性地层中中，应采用用料源广且且价格便宜宜的注浆材材料。一般般对于无水水的松散地地层，宜优优先选用单单液水泥浆浆；对于有有水的强渗渗透地层，则则宜选用水水泥－水玻玻璃双浆液液，以控制制注浆范围围。②断层带，当裂隙隙宽度(或粒径)小于1mm，或渗透透系数k≥10-5m/ss时，注浆浆材料宜优优先选用水水玻璃类和和木胺类浆浆液。③中、细、粉砂层层、细小裂裂隙岩层及及断层地段段等弱渗透透地层中，宜宜选用渗透透性好、低低毒及遇水水膨胀的化化学浆液，如如聚胺脂类类。④对于不透水的粘粘土层，则则宜采用高高压劈裂注注浆。(5)注浆材料料的配比注浆材料的配比比应根据地地层情况和和胶凝时间间要求，并并经过试验验而定，一一般地：①采用水泥浆液时时，水灰比比可采用0.8::1~2::1，需缩短短凝结时间间，则可加加入氯盐、三三乙醇胺速速凝剂。②采用水泥－水玻玻璃浆液时时，水泥浆浆的水灰比比可用0.8::1~1..5:1；水玻璃璃浓度为25°~~40°Be，水泥浆浆与水玻璃璃的体积比比宜为1:1~~1:0..3。(6)注浆①注浆设备应性能能良好，工工作压力应应满足注浆浆压力要求求，并应进进行现场试试验运转。②小导管注浆的孔孔口最高压压力应严格格控制在允允许范围内内，以防压压裂开挖面面，注浆压压力一般为为0.5~~1.0MMPa，止止浆塞应能能经受注浆浆压力。注注浆压力与与地层条件件及注浆范范围要求有有关，一般般要求单管管注浆能扩扩散到管周周0.5~~1.0mm的半径范范围内。③要控制注浆量，即即每根导管管内已达到到规定注入入量时，就就可结束；；若孔口压压力已达到到规定压力力值，但注注入量仍不不足，亦应应停止注浆浆。④注浆结束后，应应做一定数数量的钻孔孔检查或用用声波探测测仪检查注注浆效果，如如未达到要要求，应进进行补注浆浆。⑤注浆后应视浆液液种类，等等待4h(水泥－水水玻璃浆)~8hh(水泥浆)方可开挖挖，开挖长长度应按设设计循环进进尺的规定定，以保留留一定长度度的止浆墙墙(亦即超前前注浆的最最短超前量量)。⑥自进式注浆锚杆杆又称迈式式锚杆，它它是将超前前锚杆与超超前小导管管注浆相结结合的一种种先进的超超前支护措措施。它主主要作了以以下几点改改进。其一是它在小导导管的前端端焊接了一一个简易的的一次性钻钻头或尖端端，从而将将钻孔和顶顶管同时完完成，缩短短了导管安安装时间；；尤其适用用于钻孔易易坍塌的地地层；其二是对于可以以采用水泥泥浆的地层层，它改用用水泥砂浆浆压注，可可进一步降降低造价；；其三是它的管体体采用波纹纹或变径外外形，以增增加粘结和和锚固力，增增强了加固固效果。4.3.4超前深孔孔围幕注浆浆上述超前小导管管注浆，对对围岩加固固的范围和和加固处理理的程度是是有限的，作作为软弱破破碎围岩隧隧道施工的的一项主要要辅助措施施，它占用用时间和循循环次数较较多。因此此，在不便便采取其它它施工方法法(如盾构法)时，深孔孔预注浆加加固围岩就就较好地解解决了这些些问题。注注浆后即可可形成较大大范围的筒筒状封闭加加固区，称称为围幕注注浆。(1)注浆机理理及适用条条件注浆机理可以分分成四种：：①渗透注浆即是对于破碎岩岩层、砂卵卵石石层、中中细、粉砂砂层等有一一定渗透性性的地层，采采用中低压压力将浆液液压注到地地层中的空空穴、裂缝缝、孔隙里里、凝固后后将岩土或或土颗粒胶胶结为整体体，以提高高地层的稳稳定性和强强度。②劈裂注浆即对于颗粒更细细的粘土质质不透水(浆)地层，采采用高压浆浆液强行挤挤压孔周，在在注浆压力力的作用下下，浆液作作用的周围围土体被劈劈裂并形成成裂缝，通通过土体中中形成的浆浆液脉状固固结作用对对粘土层起起到挤压加加固和增加加高强夹层层加固作用用，以提高高其强度和和稳定性。③压密注浆即用浓稠的浆液液注入土层层中，使土土体形成浆浆泡，向周周围土层加加压使得到到加固。④高压喷灌注浆即通过灌浆管在在高压作用用下，从管管底部的特特殊喷咀中中喷射出高高速浆液流流及其外围围的高速气气流，促使使土粒在冲冲击力、离离心力及重重力作用下下，随注浆浆管的向上上抽出与浆浆液混合形形成柱状固固结体，以以达到加固固之目的。深孔预注浆一般般可超前开开挖面30~500m，可以以形成有相相当厚度的的和较长区区段的筒状状加固区，从从而使得堵堵水的效果果更好，也也使得注浆浆作业的次次数减少，它它更适用于于有压地下下水及地下下水丰富的的地层中，也也更适用于于采用大中中型机械化化施工，见见图10。如果隧道埋深较较浅，则注注浆作业可可在地面进进行；对于于深埋长大大隧道可利利用辅助平平行导坑对对正洞进行行预注浆，这这样都可以以避免与正正洞施工的的干扰，缩缩短施工工工期。正洞平行导坑(c)平导超前注浆正注浆区域正洞平行导坑(c)平导超前注浆正注浆区域已注浆区域(a)洞内超前注浆(b)地表超前注浆图10超前深孔围幕注浆图10中已示意出对围围岩进行注注浆加固的的大致范围围，即形成成筒状加固固区。要确确定加固区区的大小，即即确定围岩岩塑性破坏坏区的大小小，可以按按岩体力学学和弹塑性性理论计算算出开挖坑坑道后围岩岩的压力重重分布结果果，并确定定其塑性破破坏区的大大小(R0－r0)，这也就就是应加固固区的大小小。(3)注浆数量量及注浆材材料选择注浆数量应根据据加固区需需充填的地地层孔隙数数量来确定定。工程中常用充填填率来估算算和控制注注浆总量。所所谓充填率率是指注浆浆体积占孔孔隙总体积积的比率。于于是注浆总总量可按下下式计算：：Q＝n·a·A((3)式中：Q－注注浆总数量量，m3；A－被加固围岩的的体积，mm3；n－被加固围岩的的孔隙率，%；a－过去实践证实实了的充填填率，%。后两项可参见表表13。表13孔隙率率和充填率率表土质垆坶粘土粉砂砂砂砾注浆目的堵水加固堵水加固堵水孔隙率(%)范围值65~7550~7040~6046~5040~4830~4046~5040~4840~6028~4022~40标准值7060504844354844503431充填率a(%))约30约30约20约60约50约50约50约40约60约60约60为了做好注浆工工作，必须须事先对被被加固围岩岩进行试验验，查清围围岩的透水水系数、土土颗粒组成成、孔隙率率、饱和度度、密度、PH值、剪切切和抗压强强度等。必必要时还要要做现场注注浆和抽水水试验。注注浆材料的的选择参见见小导管注注浆部分。(4)钻孔布置置及注浆压压力图9中注浆钻孔的布布置方式。另另外，对于于浅埋隧道道，还可以以采用平行行布置方式式，即注浆浆钻孔均呈呈竖直方向向并互相平平行分布，但但每钻一孔孔即需移动动钻机。钻孔间距要视地地层条件、注注浆压力、及及钻孔能力力等来确定定。一般渗渗透性强的的地层，可可以采用较较低的注浆浆压力和较较大的钻孔孔间距，钻钻孔量也少少，但平均均单孔注浆浆量大。实际工程中应计计算出每孔孔注浆量，单单孔平均注注浆量可用用下式计算算：((4)式中，m－钻孔孔数量；q－单孔平均注浆浆量。注浆压力应根据据地层条件件、机械能能力等因素素在现场试试验确定。(5)施工要点点①注浆管。一般采采用带孔眼眼的焊接钢钢管或无缝缝钢管。注注浆管壁上上有眼部分分的长度应应根据注浆浆孔的位置置和注浆区区域来确定定，其余部部分不钻眼眼，并用止止浆塞将其其隔开，使使浆液只注注入到有效效区域。止止浆塞常用用的有两种种，一种是是橡胶式，一一种是套管管式。安装装时，将止止浆塞固定定在注浆管管上的设计计位置，一一起放入钻钻孔，然后后用压缩空空气或注浆浆压力使其其膨胀而堵堵塞注浆管管与钻孔之之间的间隙隙，此法主主要用于深深孔注浆。.另外，若采用全全孔注浆，则则可以用铅铅丝、麻刀刀或木楔等等材料在注注浆孔口将将间隙堵塞塞。但全孔孔注浆因浆浆液流速慢慢，易造成成“死管”问题，尤尤其是深孔孔注浆时。②钻孔。钻孔可用用冲击式钻钻机，或旋旋转式钻机机，应根据据地层条件件及成孔效效果选择。钻钻孔位置应应满足设计计要求，孔孔口位置偏偏差不超过过5cm，孔底位位置偏差不不超过孔深深的1%。钻孔应应清洗干净净，并作好好钻孔检查查记录。③注浆顺序。应先先上方后下下方，或先先内圈后外外圈，先无无水孔后有有水孔，先先上游(地下水)后下游顺顺序进行。应应利用止浆浆阀保持孔孔内压力直直至浆液完完全凝固。④结束条件。注浆浆结束条件件应根据注注浆压力和和单孔注浆浆量两个指指标来判断断确定。单单孔结束条条件为：注注浆压力达达到设计终终压；浆液液注入量已已达到计算算值的80%以上。全全段结束条条件为：所所有注浆孔孔均已符合合单孔结束束条件，无无漏注。注注浆结束后后必须对注注浆效果进进行检查，如如未达到设设计要求，应应进行补孔孔注浆。⑤注浆检查。除在在注浆前进进行钻孔质质量、材料料质量检查查、注浆后后对注浆效效果检查外外，注浆过过程中应密密切注意注注浆压力的的变化。采采用双液注注浆时，应应经常测试试混合浆液液的胶凝时时间，发现现问题应立立即处理。⑥开挖时间。注浆浆后应视浆浆液种类，等等待4h(水泥－水水玻璃浆)至8h(水泥浆)方可开挖挖，但最后后应注意保保留止浆墙墙，并进行行下一循环环的注浆。若若注浆工作作在正洞以以外进行，则则超前时间间易于保证证。各种辅助工法的的主要设计计参数和应应用时机如如表14所示。表14客运专专线隧道常常用辅助工工法主要设设计参数和和应用实际际4.4隧道道洞口施工工4.4.1洞口地段段的一般概概念隧道施工的洞口口地段，是是指隧道进进口(或出口)附近对隧隧道施工有有影响的地地段，该地地段通常因因地质地形形复杂需要要做特殊处处理。隧道道洞口工程程主要包括括边、仰坡坡土石方；；边、仰坡坡防护；端端墙、翼墙墙等洞门圬圬工；洞口口排水系统统；洞口检检查设备安安装；洞口口段洞身衬衬砌。隧道洞口地段，一一般地质条条件差，且且地表水汇汇集，施工工难度较大大。施工时时要结合洞洞外场地和和相邻工程程的情况，全全面考虑、妥妥善安排及及早施工，为为隧道洞身身施工创造造条件。由于每座隧道的的地形、地地质及线路路位置不同同，要很明明确规定洞洞口段的范范围是比较较困难的。在在一般情况况下，可以以将由于隧隧道开挖可可能给上坡坡地表造成成不良影响响的洞口范范围称为洞洞口加强段段。每座隧隧道应根据据各自的围围岩条件来来确定洞口口段范围，一一般亦可参参照图10确定。图11洞口范围12345672~3m1－2D洞口工程中的洞洞门施工，一一般可在进进洞后做，并并应作好边边、仰坡防防护，以减减少洞门施施工对洞身身施工的干干扰。为了了有效地防防止洞口地地段围岩失失稳，保证证进出隧道道的道路畅畅通，应及图11洞口范围12345672~3m1－2D洞口地段是隧道道的咽喉，该该地段地形形地质均对对隧道施工工不利。其其特点为：：洞口地段段地层一般般较破碎，多多属堆积、坡坡积、严重重风化或节节理裂隙发发育的松软软岩层，稳稳定性较差差；当岩层层层面坡度度与洞门主主墙开挖坡坡度一致时时，容易产产生纵向推推滑力；洞洞口附近山山体覆盖层层较薄，一一旦塌方可可能塌穿到到地表面；；若隧道处处于沟谷一一侧或傍山山时，通常常会产生侧侧向压力。因因此，该地地段在开挖挖时宜特别别谨慎小心心，随挖随随撑，并尽尽快做好衬衬砌。4.4.2洞口地段段施工注意意事项洞口段施工时应应注意以下下事项：(l)在场地清清理作施工工准备时，应应先清理洞洞口上方及及侧方有可可能滑塌的的表土、灌灌木及山坡坡危石等。平平整洞顶地地表，排除除积水，整整理隧道周周围流水沟沟渠。之后后施做洞口口边、仰坡坡顶处的天天沟。(2)洞口施工工宜避开雨雨季和融雪雪期。在进进行洞口上上石方工程程时，不得得采用深眼眼大爆破或或集中药包包爆破，以以免影响边边、仰坡的的稳定。应应按设计要要求进行边边、仰坡放放线自上而而下逐段开开挖，不得得掏底开挖挖或上下重重叠开挖。(3)洞口部分分圬工基础础必须置于于稳固的地地基上。须须将虚渣杂杂物、泥化化软层和积积水清除干干净。对于于地基强度度不够时，可可结合具体体条件采取取扩大基础础、桩基、压压浆加固地地基等措施施。(4)洞门拱墙墙应与洞内内相邻的拱拱墙衬砌同时施工连连接成整体体，确保拱拱墙连接良良好。洞门门端墙的砌砌筑与回填填应两侧同同时进行，防防止对衬砌砌产生侧压压。(5)洞口段洞洞身施工时时，应根据据地质条件件、地表沉沉陷控制以以及保障施施工安全等等因素选择择开挖方法法和支护方方式。洞口口段洞身衬衬砌应根据据工程地质质、水文地地质及地形形条件，至至少设置不不小于5m长的模筑筑混凝上加加强段，以以提高圬工工的整体性性。(6)洞门完成成后，洞门门以上仰坡坡脚受破坏坏处，应及及时处理。如如仰坡地层层松软破碎碎，宜用浆浆砌片石或或铺种草皮皮防护。洞口段施工中最最关键的工工序就是进进洞开挖。隧隧道进洞前前应对边仰仰坡进行妥妥善防护或或加固，作作好排水系系统。4.4.3洞洞口的施工工方法洞口段施工方法法的确定取取决于诸多多因素。如如施工机具具设备情况况、工程地地质、水文文地质和地地形条件；；洞外相邻邻建筑的影影响；隧道道自身构造造特点等。根根据地层情情况，可分分为以下几几种施工方方法；(1)洞口段围围岩为Ⅲ级以下，地地层条件良良好时，一一般可采用用全断面直直接开挖进进洞，初始始10-220m区段的开开挖，爆破破进尺应控控制在2~3m。施工支支护，于拱拱部可施做做局部锚杆杆；墙、拱拱采用素喷喷混凝上支支护。洞口口3~5m区段可以以挂网喷混混凝土及设设钢拱架予予以加强。(2)洞口段围围岩为Ⅲ~IV级，地层层条件较好好时，宜采采用正台阶阶法进洞(不短于20m区段)爆破进尺尺控制在1.5~~2.5mm。施工支支护采用拱拱、墙系统统锚杆和钢钢筋网喷射射混凝土。必必要时设钢钢拱架加强强施工支护护。(3)洞口段围围岩为Ⅱ-Ⅲ级，地层层条件较差差时，宜采采用上半断断面长台阶阶法进洞施施工。上半半断面先进进50m左右后，拉拉中槽落底底，在保证证岩体稳定定的条件下下，再进行行边墙扩大大及底部开开挖。上部部开挖进尺尺一般控制制在1.5m以下，并并严格控制制爆破药量量。施工支支护采用超超前锚杆与与系统锚杆杆相结合，挂挂网喷射混混凝土。拱拱部安设间间距为0.5~~1.0mm的钢拱架架支护，及及早施做混混凝土衬砌砌，确保稳稳定和安全全。(4)洞口段围围岩为Ⅴ级以上，地地层条件差差时，可采采用分部开开挖法和其其它特殊方方法进洞施施工。具体体方法有：：①预留核心心土环形开开挖法；②插板法或或管棚法；；③侧壁导坑坑法；④下导坑先先进再上挑挑扩大，由由里向外施施工法；⑤预切槽法法等。开挖挖进尺控制制在1m以下，宜宜采用人工工开挖，必必要时才采采用弱爆破破。开挖前前应对围岩岩进行预加加固措施，如如采用超前前预注浆锚锚杆或采用用管棚注浆浆法加固岩岩层后，用用钢架紧贴贴洞口开挖挖面进行支支护，再进进行开挖作作业。在洞洞身开挖中中，支撑应应紧跟开挖挖工序，随随挖随支。施施工支护采采用网喷混混凝土，系系统锚杆支支护；架立立钢拱架间间距为0.5m，必要时时可在开挖挖底面施做做临时仰拱拱。开挖完完毕后及早早施作混凝凝土内层衬衬砌。4.5不良良和特殊地地质地段隧隧道施工4.5.1不不良和特殊殊地质地段段施工一般般规定(1)不良地质质地段不良地质地段是是指滑坡、崩崩塌、岩堆堆、偏压地地层、岩溶溶、高应力力、高强度度地层、松松散地层、软软土地段等等不利于隧隧道工程的的不良地质质环境。不良地质地段的的变异条件件是非常复复杂的，设设计文件提提供的地质质资料，施施工前所制制定的施工工方法和防防范措施及及对策，不不可能自始始至终完全全符合实际际情况，因因此，在施施工过程中中，应经常常观察地层层与地质条条件的变化化、检查支支护与衬砌砌的受力状状态，及时时排险，防防止突然事事故发生。(2)特殊地质质地段特殊地质地段是是指膨胀地地层、软弱弱黄土地层层、含水未未固结围岩岩、溶洞、断断层、岩爆爆、流沙等等地段以及及瓦斯溢出出地层等。特殊地质地段隧隧道，由于于岩层的地地质成因复复杂，地质质条件具有有突变性，事事故具有突突发性，对对隧道施工工的危害极极大，如果果仅靠常规规的隧道施施工技术和和施工方法法是很难克克服的。因因此，在特特殊地质地地段进行隧隧道施工时时，除了应应遵守一般般技术要求求外，还应应遵守一些些特殊规定定，采取针针对性较强强的辅助方方法施工。在在开挖、支支护衬砌施施工中，由由于各种因因素的影响响可能会发发生土石坍坍塌，坑道道受压支撑撑被压坏，衬衬砌结构断断裂和各种种特殊施工工难题，严严重影响施施工进度、安安全和工程程质量。瓦瓦斯溢出地地层，更严严重地影响响着隧道施施工安全。隧道现场围岩及及支护结构构变形监控控变形量测测，以及反反馈用于修修改设计支支护参数，指指导施工，对对于隧道建建筑构造物物来说，具具有重要作作用和积极极的意义，效效果也是十十分显著的的。不良地地质和特殊殊地质地段段隧道围岩岩变形大，变变化快、事事故具有突突发性的特特点，因此此，积极采采取现场围围岩变形量量测，及时时了解变形形量，变形形时